用于内燃机的轴头销、系统、发动机及此类型的轴头销的应用技术方案

本发明专利技术旨于用于内燃机的轴头销，该轴头销由表面硬化钢组成并且其特征在于，所述轴头销的剩余壁厚与表面硬化层的总厚度之比<2，并且所述轴头销的内径与外径之比>60％。此外，本发明专利技术旨于包括如本发明专利技术的轴头销和活塞的系统，其中，所述活塞具有活塞凸台，所述活塞凸台的横向椭圆度对应于最大点火压力下所述轴头销的椭圆度。本发明专利技术还包括尤其是内燃机的发动机，所述发动机包括轴头销或具有轴头销和活塞的系统，本发明专利技术还包括轴头销或系统于尤其是内燃机的发动机中的应用。

Head pin for internal combustion engine, system, engine and application of this type of head pin

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于内燃机的轴头销、系统、发动机及此类型的轴头销的应用
本专利技术涉及用于内燃机的轴头销、包括轴头销和活塞的系统、具有轴头销的发动机或具有包括轴头销和活塞的系统的发动机，以及轴头销、或包括用于发动机(尤其内燃机)的轴头销和活塞的系统的应用。
技术介绍
鉴于在许多方面特别是为了更有效地设计内燃机的持续努力，正在寻求各种各样的优化途径。正在探索的选择之一是优化轴头销/活塞系统。对于内燃机，振荡质量对所需的平衡质量和发动机的动力学有重大影响。特别是在具有小立方容积的三缸汽油发动机的情况下，活塞和轴头销的摆动质量的急剧减小将使得有可能省略平衡轴，从而导致期望的成本降低。因此，减轻轴头销/活塞系统的重量是本专利技术的技术上相关的目的。然而，当涉及减少活塞组的总质量时，迄今为止的重点主要是优化活塞，并且该问题已通过例如开发和使用更轻的活塞材料来解决。但是，由于性能逐渐提高，同时重量要求保持不变，因此由相对较轻的铝材料制成的活塞的强度现已达到极限，因此考虑轴头销似乎是相关的。当前，用于内燃机的轴头销主要由也经过表面硬化的钢16MnCr5和17Cr3制造。例如，在DE950297B中一般性地描述了由硬化钢制成的轴头销的制造。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种降低质量的轴头销，其不会对轴头销的功能特性造成负面影响。该目的通过根据权利要求1所述的轴头销来实现。根据本专利技术的用于内燃机的轴头销由表面硬化钢组成，并且其特征在于，轴头销的剩余壁厚与表面硬化层的总厚度之比＜2，并且进一步地轴头销的内径与外径之比＞60％。如本领域技术人员可以理解的那样，根据本专利技术的轴头销优选地是圆柱形中空的细长部件，圆柱形中空的细长部件用于附接活塞和连杆，并且为此目的通过其适当设计的开口来引导。它还用于实现在轴头销的销眼和连杆之间的力传递。因此，根据本专利技术的轴头销优选地仅由该圆柱形中空的细长部件组成。圆柱形中空设计意味着可以用内径和外径来描述轴头销的横截面。外径和内径的差值除以2还定义了轴头销的壁厚。与现有技术相比，本专利技术的轴头销的一个显着特征是外径和内径之间的差值小于通常的差值。轴头销的内径大于外径的60％，而通常通常远远小于60％。本专利技术不限于该值的某个上限。只要轴头销基本上保持其功能性，内径也可以显着大于60％。内径优选地在大于60％直至80％并且包括80％的范围内，其中80％可以被认为是技术上有利的但不是限制性的上限。这导致轴头销的壁厚更小，因此相应地节省了材料，从而减小了轴头销的质量。根据本专利技术的轴头销还由表面硬化钢构成，如本领域技术人员通常会理解的那样，这意味着轴头销材料首先必须是合适的表面硬化材料，该合适的表面硬化材料可以经受渗碳、硬化/淬火和退火的通常情况下的硬化处理步骤，并使用通常的制造方法从中制造根据本专利技术的轴头销。根据本专利技术的轴头销的优点是轴头销的剩余壁厚(即，尚未进行表面硬化的材料，或未经过表面硬化的轴头销厚度的一部分)与表面硬化层的总厚度(即，带有表面硬化处理的轴头销的总深度/厚度)的限定的比率＜2。可以根据ISO18669-1(“内燃机–活塞销–通用规格”)确定销的表面硬化深度。对于本专利技术，使用常规方法直接在圆柱形中空的轴头销上直接进行表面硬化，大部分处于未抛光状态。这意味着，在圆柱形中空的轴头销的外部和内部都形成了表面硬化层。因此，根据本专利技术的轴头销优选地在从轴头销的外表面和内表面开始产生的外部和内部表面硬化。然后，表面硬化从轴头销的外表面和内表面延伸到轴头销壁的深度。那么，这些表面硬化层的累积厚度/深度延展与上述总壁厚中基本上没有进行表面硬化的部分的比率小于2。换句话说，轴头销壁的表面硬化区域或表面硬化层应具有一定的最小总厚度。然而，本专利技术不限于留下轴头销壁的未硬化的“芯”。也可以想到几乎或完全固化的轴头销壁，例如尤其可以具有相对较大的内径，即根据本专利技术的具有特别薄的壁的轴头销。然后，这会导致轴头销的剩余壁厚与表面硬化层总厚度的比值几乎为0。此外，本专利技术不限于轴头销壁的外部和内部壳体硬化深度或壳体硬化层厚度相同。在此可以想到的是，将表面硬化的深度或层厚特别地适配于在轴头销的外部和内部的特定载荷并且根据情况进行不同的调节。这还包括不固定轴头销的外部或内部的选择。因此，在不损害功能性或不影响工作特性的情况下，总的结果是质量显着降低的轴头销。因此，总体上，这使得汽油和柴油活塞的轴头销的重量减少了10％到20％，而不会产生任何额外的成本。对于某些发动机类型，在某些情况下还可以省去使用平衡轴等。在本专利技术的上下文中优选的是，轴头销不是混合(轴头)销。这意味着，根据本专利技术的轴头销仅由这里描述的圆柱形空心的壳状部件组成，并且没有附加的任何其他部件/元件(插入其中)，例如芯部或插入件，通常是混合销时的情况。根据本专利技术的轴头销优选地没有插入件，即，没有其他部件(插入件)插入到圆柱形空心销中，并且优选地也是单件。因此，仅通过圆柱形中空部件的设计，即通过上述材料的选择、表面硬化和尺寸，就可以实现重量轻和强度高的有益特性以及轴头销整体的功能。作为选择，这里整体上描述的轴头销可以至少具有内斜面或设置有该内斜面。这将实现重量的进一步减轻。在轴头销的优选实施方式中，轴头销的剩余壁厚与表面硬化层的总厚度之比＜1.5。厚度比的优选下限为约1.0。具体地，这也至少包括范围1.0至＜2.0、1.0至＜1.5以及1.5至＜2.0。总体而言，通过这种选择可以进一步优化上述效果。此外，优选地，根据本专利技术的轴头销的表面硬化钢是选自包括18CrNi8、18CrNiMo7-6、20MnCr5以及20MnCrS5的组的表面硬化钢。这代表了本专利技术与现有技术之间的又一区别，为此通常使用钢种17Cr3和16MnCr5。使用更高强度的钢材，例如20MnCr5/20MnCrS5(1.7147/1.7149)、18CrNi8(1.5920)或18CrNiMo7-6(1.6587)，可以使根据本专利技术的轴头销的壁厚明显变薄，从而形成有利地减少了移动的质量，同时保持了相同的耐力强度。尽管如此，仍然可以使用经过测试的制造方法，并且在这方面无需更改方法或进行其他投资。作为选择，根据本专利技术的轴头销具有DLC、ta-C或MoN的表面涂层。该表面涂层可以根据需要设置在轴头销的所有相关表面上，例如在其外部和/或内部。这意味着例如有利地保护了轴头销免受活塞凸台中的磨损，并且对活塞组的系统组件之间的摩擦相互作用产生积极影响。本专利技术的另一目的是提供一种系统，该系统包括轴头销和活塞。该目的通过根据权利要求9所述的包括轴头销和活塞的系统来实现。根据本专利技术的系统在所有可能的和优选的实施方式中具有上述的轴头销和活塞，该活塞包括具有横向椭圆度的活塞凸台，即，垂直于气缸轴线的活塞凸台的直径比气缸轴线方向的直径大一定量。如此限定的横向椭圆度理想地对应于最大点火压力下轴头销的椭圆度。不能完全隔离地看待先前描述的根据本专利技术的用于减小轴头销的质量的措施，这些措施会影响与轴头销相互作用的部件，特别是活塞本身。为了完全实现与此相关的技术优势，需要一种系统方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于内燃机的轴头销，其由表面硬化钢组成并且其特征在于，/n所述轴头销的剩余壁厚与表面硬化层的总厚度之比<2，并且/n所述轴头销的内径与外径之比>60％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170302 DE 102017203418.11.用于内燃机的轴头销，其由表面硬化钢组成并且其特征在于，
所述轴头销的剩余壁厚与表面硬化层的总厚度之比<2，并且
所述轴头销的内径与外径之比>60％。


2.如权利要求1所述的轴头销，其中，
所述轴头销的所述剩余壁厚与所述表面硬化层的所述总厚度之比<1.5，
和/或
所述轴头销的所述剩余壁厚与所述表面硬化层的所述总厚度之比的最小值约为1.0。


3.如权利要求1或2所述的轴头销，其中，
所述轴头销的所述剩余壁厚与所述表面硬化层的所述总厚度之比在1.0至＜2的范围内，优选在1.0至＜1.5的范围内。


4.如前述权利要求中任一项所述的轴头销，其中，
所述表面硬化钢是选自包括18CrNi8、18CrNiMo7-6、20MnCr5以及20MnCrS5的组的表面硬化钢。


5.如前述权利要求中任一项所述的轴头销，其中，
所述轴头销具有DLC,ta-C或MoN的表面涂层。


6.如前述权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫·马斯克，罗兰·博姆，克劳斯·拉德斯，
申请(专利权)人：菲特尔莫古纽伦堡有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE